KR20180093363A - 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 이어셋 및 소음 제거 방법 - Google Patents

Abstract

인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 이어셋 및 소음 제거 방법이 개시된다. 본 발명에 의한 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 이어셋 및 소음 제거 방법은, 인이어 마이크 신호와 아웃이어 마이크 신호로부터 사용자 목소리를 제거하여 소음을 추출하고, 인이어 마이크와 아웃이어 마이크의 상호관계 각각에 적용할 소음 보정값을 산출하여 소음을 보정하며, 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 신호로부터 보정된 실제 소음을 각각 제거하여 사용자 목소리를 복원하다. 본 발명에 따르면, 내부와 외부에 각각 구비된 마이크로 입력되는 내부소음과 외부소음으로부터 하드웨어 특성 및 환경 특성 등을 고려하여 실제 소음으로 보정한 후 제거하므로, 사용자 목소리를 더욱 명확하게 출력할 수 있다. 이에, 이어셋 형상, 이어셋 착용 상태, 공연장 등의 매우 시끄러운 장소 등에 상관없이 사용자 목소리를 상대방에게 명확하게 전달할 수 있다.

Description

인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 이어셋 및 소음 제거 방법{Noise cancelling method based on sound reception characteristic of in-mic and out-mic of earset, and noise cancelling earset thereof}

본 발명은 이어셋의 소음 제거 기술에 관한 것이다. 더 구체적으로는 내부와 외부에 각각 구비된 마이크의 수음특성의 차이를 이용하여 소음을 제거하고 사용자 목소리만을 남기는 기술 및 해당 기술이 적용된 이어셋에 관한 것이다.

이어셋은 이어폰의 형태나 헤드폰의 형태를 가지며, 2개의 스피커(Speaker)와 1개의 마이크로폰(Microphone; 이하, "마이크"라 함)를 구비하는 것이 일반적이다. 여기서, 이어셋은 이어폰, 헤드폰, 헤드셋 등을 포함하는 것으로 정의된다.

이러한 구성은, 예를 들어 스마트폰에 이어셋을 연결한 상태로 음악을 재생하여 듣다가 전화가 오면 스피커와 마이크를 통해 통화가 가능하도록 한다. 이 때, 음악 재생시에는 마이크가 작동하지 않으며, 통화 기능이 선택되면 스마트폰은 음악 재생을 중단하고 마이크를 작동시켜 사용자의 음성을 통화 상대방에게 전달한다. 동시에 상대방의 음성을 이어셋의 스피커를 통해 재생하여 사용자에게 들려준다.

그런데, 이어셋에 부착된 아웃이어 마이크(Out-Ear Microphone)는 사용자 음성에 주위의 소음이 섞이게 되므로 통화 품질이 저하되는 문제가 있다.

이에 마이크가 사용자의 귀 내부에 위치하도록 하는 인이어 마이크(In-Ear Microphone)가 제안된 바 있다.

그러나, 인이어 마이크 역시 소음을 완벽하게 차단할 수 없는 한계가 있다. 즉, 이어셋 형상, 이어셋 착용 상태 등에 따라 소음이 입력될 수 있으며, 공연장 등의 매우 시끄러운 장소에서는 소음이 입력될 수 있다. 결국, 사용자 목소리가 소음에 섞여 상대방에게 제대로 전달되지 못하는 문제가 있다.

문헌 1. 대한민국특허청 특허공개번호 제10-2013-0042495호, "두부 장착형 마이크로폰 쌍을 이용하여 스피치 신호들을 프로세싱하는 방법들, 장치 및 컴퓨터 판독가능 매체들"

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 인이어 마이크와 아웃이어 마이크로 상호 입력되는 소음을 실제 소음으로 보정한 후 제거함으로써 사용자 목소리만을 명확하게 출력할 수 있도록 하는 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 이어셋 및 소음 제거 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 이어셋은, 바람직하게는 스피커를 포함하는 헤드; 상기 헤드의 내부에 형성된 인이어 마이크 및 아웃이어 마이크; 및 상기 인이어 마이크 및 아웃이어 마이크의 수음특성의 차이를 이용하여 소음을 제거하고 사용자 목소리를 복원하는 소음 제거 회로를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 소음 제거 회로는, 상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크에 입력된 음성 및 소음에 대해 상기 음성을 제거하여 소음을 추출하는 소음 추출부; 상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크의 상호관계 각각에 적용할 소음 보정값을 산출하여 보정하는 보정부; 및 상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크 신호로부터 보정된 실제 소음을 각각 제거하여 사용자 목소리를 복원하는 목소리 복원부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 인이어 마이크와 상기 소음 추출부 사이에는, 외이도를 통해 전달되는 저음역을 대역폭 확장하고, 각 파라미터를 보상하여 외부음성과 유사한 신호로 변환하는 파라미터 보상부가 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 방법은, 바람직하게는 인이어 마이크 신호와 아웃이어 마이크 신호로부터 사용자 목소리를 제거하여 소음을 추출하는 단계; 상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크의 상호관계 각각에 적용할 소음 보정값을 산출하여 상기 소음을 보정하는 단계; 및 상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크 신호로부터 보정된 실제 소음을 각각 제거하여 사용자 목소리를 복원하는 단계를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 소음 보정값은, 마이크 하드웨어 특성 데이터, 보정시 측정된 데이터, 마이크의 신호처리의 역방향으로 연산하여 보정된 값 중 적어도 어느 하나 이상을 반영하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크에 적용할 상기 소음 보정값은 기준점을 중심으로 상보적인 관계에 있을 수 있다.

그리고 상기 사용자 목소리의 제거는, 외이도를 통해 전달되는 내부음성의 저음역에 대해 대역폭을 확장하고, 확장을 통해 얻어진 각 파라미터를 보상하여 외부음성과 유사한 신호로 변환한 후, 변환된 내부음성과 외부음성간 상쇄를 통해 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 이어셋 및 소음 제거 방법에 따르면, 내부와 외부에 각각 구비된 마이크로 입력되는 내부소음과 외부소음으로부터 하드웨어 특성 및 환경 특성 등을 고려하여 실제 소음으로 보정한 후 제거하므로, 사용자 목소리를 더욱 명확하게 출력할 수 있다.

이에, 이어셋 형상, 이어셋 착용 상태, 공연장 등의 매우 시끄러운 장소 등에 상관없이 사용자 목소리를 상대방에게 명확하게 전달할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 소음 제거 이어셋의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 소음 제거 회로의 제어회로블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 소음 제거 방법의 흐름도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.

발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 "~수단", "~부", "~모듈", "~블록"으로 명명된 구성요소들은 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이들 각각은 소프트웨어 또는 하드웨어, 또는 이들의 결합에 의하여 구현될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 이어셋 및 소음 제거 방법이 구현된 일 예를 특정한 실시예를 통해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 소음 제거 이어셋의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 소음 제거 이어셋은, 사용자의 귀에 착용되는 제1헤드(1) 및 제2헤드(2)와, 제1헤드(1) 및 제2헤드(2) 각각에 설치된 스피커 유닛과, 두 헤드 중 하나인 제1헤드(1)에 설치된 인이어 마이크(3)와, 두 헤드 중 다른 하나인 제2헤드(2)에 설치된 아웃이어 마이크(4)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 소음 제거 이어셋을 사용자의 귀에 착용하였을 때, 인이어 마이크(3)는 사용자의 외이도 내에 위치하게 된다. 물론, 아웃이어 마이크(4)는 외이도 외부에 위치하게 된다.

이 때, 인이어 마이크(3) 착용시 사용자의 외이도에 밀착시킬수록 외이도를 통해 전달되는 목소리를 더 효율적으로 포착할 수 있을 것이다. 즉, 사용자 목소리는 입 밖으로 나가기도 하지만 귀 안쪽으로 고막을 통해 전달되므로, 인이어 마이크(3)를 통해 목소리를 포착할 수 있을 뿐 아니라, 외부소음을 차단할 수 있다. 귀를 막고 말을 하면, 본인의 목소리가 들리고 외부소음은 차단되는 경우가 여기에 해당된다할 것이다.

본 발명은 내부와 외부에 각각 구비된 마이크로 입력되는 내부소음과 외부소음으로부터 하드웨어 특성 및 환경 특성 등을 고려하여 실제 소음으로 보정하고, 보정된 실제 소음을 마이크에 입력되는 신호로부터 제거한다. 이에, 다양한 조건들에 의해 입력되는 실제 소음이 제거되므로, 사용자 목소리를 더욱 명확하게 복원할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 제1헤드(1)에 인이어 마이크(3)가 형성되고, 제2헤드(2)에 아웃이어 마이크(4)가 형성되는 경우에 대해 설명하고 있으나, 실시예에 따라서는 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)가 동일한 헤드에 실장될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 두 개의 헤드를 예시하고 있으나, 하나의 헤드에 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)를 설치할 수도 있다. 하나의 헤드로 구성된 예로서, 한쪽 귀에 부착하여 사용하는 무선(블루투스) 이어셋의 형태일 수도 있으며, 내측에 인이어 마이크(3)가 형성되고, 외부에 아웃이어 마이크(4)가 노출되도록 구성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 소음 제거 회로의 제어회로블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 소음 제거 회로(5)는, 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)에 입력된 음성 및 소음에 대해 상기 음성을 제거하여 소음을 추출하는 소음 추출부(51)와, 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)의 상호관계 각각에 적용할 소음 보정값을 산출하여 보정하는 보정부(52)와, 인이어 마이크 신호와 아웃이어 마이크 신호로부터 보정된 실제 소음을 각각 제거하여 사용자 목소리를 복원하는 목소리 복원부(53)를 포함한다.

여기서, 인이어 마이크(3)와 소음 추출부(51) 사이에는, 외이도를 통해 전달되는 저음역을 대역폭 확장하고, 각 파라미터를 보상하여 외부음성과 유사한 신호로 변환하는 파라미터 보상부가 형성될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 소음 제거 회로(5)에 있어, 소음 추출부(51)에서는, 인이어 마이크 신호와 아웃이어 마이크 신호간 상호관계로부터 외부소음과 내부소음간 상호관계를 추출한다. 이 때, 음성이 제거되는데, 파라미터 보상부에서는 인이어 마이크(3)의 신호를 아웃이어 마이크(4)의 신호와 유사하게 변환하여 상호 차연산을 통해 음성을 제거한다. 이어서, 보정부(52)에서는 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)의 하드웨어 특성, 신호처리 알고리즘 등을 고려하여 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)의 상호관계 각각에 적용할 소음 보정값을 산출하고, 산출된 소음 보정값을 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)의 상호관계에 의해 산출된 소음에 적용한다. 그리고 목소리 복원부(53)에서는, 인이어 마이크 신호로부터 실제 내부소음을 제거하여 내부목소리를 복원하고, 아웃이어 마이크 신호로부터 실제 외부소음을 제거하여 외부목소리를 복원한다. 이후, 내부목소리 및 외부목소리를 합성하여 상대방에게 전달한다.

그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 소음 제거 이어셋을 이용하여 소음을 제거하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 소음 제거 방법의 흐름도이다.

먼저, 인이어 마이크(3)에 입력되는 대상을 내부음성 및 내부소음으로 정의하며, 아웃이어 마이크(4)에 입력되는 대상을 외부음성 및 외부소음으로 정의하기로 한다.

도 3을 참조하면, (식 1) 및 (식 2)에서와 같이, 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)에는 음성 및 소음이 입력되면, 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)는 신호처리를 통해 인이어 마이크 신호와 아웃이어 마이크 신호를 출력하고, 인이어 마이크 신호와 아웃이어 마이크 신호로부터 사용자 목소리를 제거하여 소음 성분만을 추출한다(S1).

이 때, 외이도를 통해 전달되는 내부음성에는 고음 성분이 거의 포함되지 않은 저음 성분으로 구성되므로 저음역에 대한 대역폭 확장 등을 통해 각 파라미터를 보상하여 외부음성과 유사한 신호로 변환한다.

이에, 변환된 내부음성과 외부음성은 매우 유사한 특성을 가지므로 변환된 내부음성과 외부음성간 상쇄를 통해 사용자 목소리를 제거할 수 있다.

결국 (식 3)에서와 같이, 인이어 마이크 신호와 아웃이어 마이크 신호간 상호관계로부터 외부소음과 내부소음간 상호관계를 추출할 수 있게 되는 것이다.

--- (식 1)

--- (식 2)

--- (식 3)

(식 3)에서는

의 상호관계에 대해 소음을 추출하고 있으나,

의 상호관계에 대해서도 소음을 추출한다.

이 때, 외부소음과 내부소음은 마이크에 입력되는 주파수대역의 차이 및 신호처리 등이 서로 다를 수 있으므로 서로 다른 특성을 가질 수 있다.

이에, (식 3)에서 얻어진 소음에 대한 보정 작업을 수행한다(S2).

즉, 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)의 하드웨어 특성, 신호처리 알고리즘 등을 고려하여 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)의 상호관계 각각에 적용할 소음 보정값을 산출한다.

--- (식 4)

여기서, 마이크 하드웨어 특성은 제품 출하시 미리 측정된 데이터를 포함할 수 있으며, 환경 특성은 보정(Calibration)시 측정된 데이터를 포함할 수 있다. 한편, 신호처리 알고리즘은 각 마이크의 신호처리의 역방향으로 연산하여 보정된 값을 포함할 수 있다.

다음으로, 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)간 상호관계로부터 얻어진 소음과 보정값을 연산처리한다(S3).

아웃이어 마이크(4)에서 인이어 마이크(3)를 차연산한 경우에는 상기한 (식 4)를 통해 얻어진 제1보정값을 대입하고, 인이어 마이크(3)에서 아웃이어 마이크(4)를 차연산한 경우에는 상기한 (식 4)를 통해 얻어진 제2보정값을 대입한다.

--- (식 5)

--- (식 6)

이를 통해, 실제 외부소음 및 실제 내부소음을 얻을 수 있다.

한편, 제1보정값과 제2보정값과의 관계는 기준점을 중심으로 상보적인 관계에 있을 수 있다.

결국, 인이어 마이크 신호와 아웃이어 마이크 신호로부터 복원된 실제 외부소음 및 실제 내부소음을 제거하면, 원래의 사용자 목소리를 복원할 수 있다(S4).

--- (식 7)

--- (식 8)

이 때, 사용자의 외부목소리와 내부목소리는 합성되거나 별도로 각각 이용될 수 있으며, 원래의 사용자 목소리는 상대방에게 전달된다.

본 발명은, 도 1에 예시된 바와 같은 구조의 유선 또는 무선 이어셋과 연동되는 모바일 디바이스에서 실행될 수 있다. 예컨대, 스마트폰이나 타블렛 컴퓨터 등에서 실행될 수 있다.

한편, S4 단계 이후, 복원한 사용자 목소리를 데이터 통신망이나 이동통신망을 통해 전송할 수 있다. 사용자 목소리는 교환기나 Voip 서버를 통해 통화 상대방의 전화기나 모바일 단말기 등으로 전달된다.

그리고 본 발명에 따르면, 통화 상대방은 사용자가 아무리 시끄러운 곳에 있어도 깨끗하게 사용자 목소리만을 들을 수 있게 된다. 특히, 사용자 목소리가 왜곡되지 않고 원래 목소리에 가깝도록 복원된다.

본 발명은 주로 음성 통화를 위한 유무선 이어셋, 블루투스 이어셋 기술분야에 적용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 인이어 마이크(3)와 아웃이어 마이크(4)를 구성하는 이어셋에 적용됨에 따라, 기존의 소음제거 알고리즘과는 차별화된 새로운 방식의 소음제거 기술로 구현이 가능하다. 즉, 외부와 내부에 마이크가 각각 1개씩 존재하고 이러한 2가지 마이크의 수음특성 차이를 활용하면 소음은 제거하고 사용자 목소리만 남기는 것이 가능해진다.

이상 몇 가지의 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상을 살펴보았다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 상기 살펴본 실시예를 다양하게 변형하거나 변경할 수 있음은 자명하다. 또한, 비록 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다. 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.

1 : 제1헤드
2 : 제2헤드
3 : 인이어 마이크
4 : 아웃이어 마이크
5 : 소음 제거 회로

Claims (7)

1. 스피커를 포함하는 헤드;
   상기 헤드의 내부에 형성된 인이어 마이크 및 아웃이어 마이크; 및
   상기 인이어 마이크 및 아웃이어 마이크의 수음특성의 차이를 이용하여 소음을 제거하고 사용자 목소리를 복원하는 소음 제거 회로를 포함하는 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 이어셋.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 소음 제거 회로는,
   상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크에 입력된 음성 및 소음에 대해 상기 음성을 제거하여 소음을 추출하는 소음 추출부;
   상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크의 상호관계 각각에 적용할 소음 보정값을 산출하여 보정하는 보정부; 및
   상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크 신호로부터 보정된 실제 소음을 각각 제거하여 사용자 목소리를 복원하는 목소리 복원부를 포함하는 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 이어셋.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 인이어 마이크와 상기 소음 추출부 사이에는, 외이도를 통해 전달되는 저음역을 대역폭 확장하고, 각 파라미터를 보상하여 외부음성과 유사한 신호로 변환하는 파라미터 보상부가 형성된 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 이어셋.
   
4. 인이어 마이크 신호와 아웃이어 마이크 신호로부터 사용자 목소리를 제거하여 소음을 추출하는 단계;
   상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크의 상호관계 각각에 적용할 소음 보정값을 산출하여 상기 소음을 보정하는 단계; 및
   상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크 신호로부터 보정된 실제 소음을 각각 제거하여 사용자 목소리를 복원하는 단계를 포함하는 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 소음 보정값은, 마이크 하드웨어 특성 데이터, 보정시 측정된 데이터, 마이크의 신호처리의 역방향으로 연산하여 보정된 값 중 적어도 어느 하나 이상을 반영하는 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 인이어 마이크와 상기 아웃이어 마이크에 적용할 상기 소음 보정값은 기준점을 중심으로 상보적인 관계에 있는 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 방법.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 사용자 목소리의 제거는, 외이도를 통해 전달되는 내부음성의 저음역에 대해 대역폭을 확장하고, 확장을 통해 얻어진 각 파라미터를 보상하여 외부음성과 유사한 신호로 변환한 후, 변환된 내부음성과 외부음성간 상쇄를 통해 이루어지는 인이어 마이크와 아웃이어 마이크 수음특성을 이용한 소음 제거 방법.

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